Режим работы паровых турбин ТЭС и АЭС

1.Классификация режимов работы.

Стационарный режим отвечает работе турбины при некоторой фиксированной нагрузке. Параметры пара в проточной части и температурное состояние ее деталей не изменяются во времени.

В свою очередь стационарная работа может происходить при номинальной или частичной нагрузке.

Под номинальной мощностью понимают мощность, которую должен длительно развивать турбоагрегат при номинальных значениях всех основных параметров: Р₀ и t₀, t_п/п, t_п.в. и t_охл.в.. При этом должны использоваться все внешние нерегулируемые отборы пара (а для теплофикационных турбин и все регулируемые отборы).

Под частичной нагрузкой понимают режим работы, при котором мощность или значение регулируемых отборов пара меньше номинальных. Часто работу при частичных нагрузках называют переменным режимом.

Под максимальной мощностью конденсационной турбины понимают мощность, которую может длительно развивать турбина при номинальных значениях всех основных параметров, но при отсутствии отборов пара для внешних потребителей теплоты (К-1200−240 ЛМЗ имеет максимальную мощность при отключении ПВД — 1380 МВт).

Нестационарный режим, при котором в той или иной степени изменяется тепловое состояние турбины. Наиболее сложным является пуск турбины, включающий многочисленные операции: прогрев, толчок ротора паром, разворот ротора, включение генератора в сеть, набор нагрузки. Многие турбоустановки, например, блоки докритического давления, используются в режиме ежесуточных пусков.

Останов турбины (разгружение, отключение от сети, выбег ротора и остывание).

Кроме перечисленных каждый турбоагрегат должен быть приспособлен к аварийным режимам, которые не исключены из-за неполадок или дефектов оборудования.

2.Работа при переменном пропуске пара.

Изменение нагрузки сопровождается изменением пропуска пара через турбоагрегат.

При переменном пропуске пара через турбину изменение давления и температуры перегретого пара в ее проточной части приближенно подчиняется формуле Флюгеля — Стодолы:

.

где Р₀₀, Т₀₀ — давление и температура перед любой ступенью;

Р_z0 — давление за турбиной при номинальном пропуске пара G₀;

Р₀₁, Т₀₁, Р_z1 — параметры пара для нового расхода G.

Формула справедлива как для отдельных отсеков, так и для всей турбины в целом при условиях :

• 1) что при двух сравниваемых режимах отсеки (турбина) должны иметь одинаковые проходные сечения. Поэтому ее нельзя использовать для регулирующей ступени, т.к. последняя имеет переменную парциальность.
• 2) нельзя использовать в случае, когда имеющийся отбор пара включен в одном и выключен в другом режиме.

Формула значительно упрощается при условии, что абсолютные значения температур в проточной части изменяются мало, т. е. Т₀₀? Т₀₁; для конденсационной турбины Р_z²<< Р₀², тогда:

.

Т.о., в проточной части конденсационной турбины давления пара в ступенях пропорциональны расходу пара.

Рис. 1. График зависимостей давлений в ЦВД К — 300 -240 от расхода свежего пара G₀.

• 1 — перед стопорными клапанами;
• 2 — паровпускные патрубки;
• 3 — в камере регулирующей ступени;
• 4 — за четвертой ступенью ЦВД;
• 5 — на выходе из ЦВД.
• 3.Изменение теплового перепада.

При изменении расхода пара через турбину изменяются параметры пара перед и за степенью, что приводит к изменению теплоперепада ступени. Наиболее этому подвержены последние ступени и регулирующие ступени турбин (с сопловым парораспределением).

Допустим, что при нерасчетном режиме теплоперепад ступени уменьшился, следовательно, и абсолютная скорость истечения пара из сопл уменьшилась С₁₁ < C₁, а отношение скоростей (u/c_ф) возрастет.

Рис. 2.

Относительная скорость входа пара на рабочие лопатки (w₁₁< w₁) значительно отклонилась от первоначального направления в₁₁ > в₁ и встречает входную кромку рабочих лопаток с отрицательным углом атаки д₁ = в₁ — в₁₁. Т. е. поток пара ударяет в спинки лопаток, что приводит к значительным потерям энергии в каналах рабочих лопаток и снижению КПД ступени. Вместе с тем увеличение (u/c_ф) сопровождается увеличением степени реактивности с.

Рис. 3.

Если теплоперепад ступени станет больше расчетного, возрастет абсолютная скорость выхода пара из сопловой решетки С₁₁ > C₁ и уменьшится (u/с_ф). в₁₁ < в₁, и поток будет натекать на рабочие лопатки с положительным углом атаки. Это может вызвать отрыв потока на спинке профиля и значительный рост потерь в рабочей решетке. Реактивность с уменьшится и может возникнуть отрицательная реактивность.

4.Диаграммы режимов турбин.

Диаграммой режимов паровой турбины называют графическое изображение зависимости между электрической (или внутренней) мощностью турбины и расходом пара. В ряде случаев добавляются и другие параметры: например, отбор пара, противодавление и т. д.

Наиболее просто диаграмма режимов выглядит для конденсационной турбины, не имеющей отборов пара для регенеративного подогрева питательной воды, ее математическое описание:

.

где G — расход пара через паровую турбину;

Н₀^т — располагаемый теплоперепад паровой турбины;

з_оэ — относительный электрический КПД.

При фиксированных начальных параметрах (Р₀, t₀) и давлении в конденсаторе P_к, электрическая мощность зависит от расхода линейно, с точностью, с которой з_оэ имеет постоянное значение.

Отклонение линейной зависимости при малых значениях Р_э объясняется значительным уменьшением КПД, который станет = 0 при Р_э=0, т. е. при холостом ходе турбоагрегата, когда энергия пара, поступающего в турбину в количестве G_хх, тратиться только на поддержание ее номинальной частоты вращения (расходуется на преодоление трения в подшипниках).

Рис. 4. (и о паровую среду).

Отношение х = G_xx/G₀ называется коэффициентом холостого хода. Чем больше мощность турбоагрегата, тем меньше х (для турбины 300 МВт х = 0,03).

Диаграмма режимов турбины с противодавлением связывает уже не два параметра (G и Р_э), а три, добавляется еще величина противодавления Р₂.

Рис. 5. Диаграмма режимов турбины

Р — 40 — 130 /31 ТМЗ.

• 1 — 3,6 МПа;
• 2 — 3,4 МПа;
• 3 — 3,2 МПа;
• 4 — 3,1 МПа;
• 5 — 3,0 МПа.

Еще более сложный вид имеет диаграмма режимов турбины с регулируемым отбором пара, связывающая три параметра: расход свежего пара G, электрическую мощность Р_э и отбор G_т.

Рис. 6. Упрощенная диаграмма турбины с регулируемым отбором пара (нет регенеративных отборов).

Обозначения на рис.6:

Р_э.о — номинальная электрическая мощность;

Р_э.max — максимальная электрическая мощность;

G_max — максимально допустимый расход;

a — b — работа турбины на конденсационном режиме (G_т = 0). В этом случае максимальная мощность совпадает с минимальной (точка b).

e' - k' - чисто теплофикационный режим (противодавление) G_к = 0, G = G_т. На практике такой режим не допустим, т.к. происходит перегрев ЧНД. В этом случае через ЧНД проходит небольшой (5ч10%) вентиляционный пропуск пара G_к min (линия e — k).

Линии постоянного расхода пара в отбор (G_т = const) — это прямые, параллельные линии G_т = 0 (a — b).

Линии постоянного расхода пара в ЧНД (конденсатор) G_к = const, параллельно линии G_к = 0.

bcf — область перегрузки (нерегулируемая зона).